【摘 要】
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厌氧动态膜生物反应器（DMBR）具有固液分离效果好,膜价格低廉等优点而被厌氧发酵（AD）系统广泛应用,已有的研究主要是以处理废水为重点对象,对于固体废弃物处理应用较少。本研究拟采用一种的自行设计的DMBR,通过批次优化后启动厌氧混合发酵产甲烷系统处理餐厨垃圾（FW）和牛粪（CM）,用以探究DMBR在长时间运行过程中的性能变化。然后通过与长时间驯化污泥对比,探究基质混合比（FW/CM）和有机负荷率（
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厌氧动态膜生物反应器（DMBR）具有固液分离效果好,膜价格低廉等优点而被厌氧发酵（AD）系统广泛应用,已有的研究主要是以处理废水为重点对象,对于固体废弃物处理应用较少。本研究拟采用一种的自行设计的DMBR,通过批次优化后启动厌氧混合发酵产甲烷系统处理餐厨垃圾（FW）和牛粪（CM）,用以探究DMBR在长时间运行过程中的性能变化。然后通过与长时间驯化污泥对比,探究基质混合比（FW/CM）和有机负荷率（S/I）对污泥长期驯化引起的性能变化;经过系统优化并再次运行,进一步探究了DMBR稳定运行过程中厌氧生物酶（AD酶）和微生物群落结构的变化特征,揭示FW和CM混合发酵系统长时间稳定运行的原因。同时对比了DMBR与连续搅拌釜式反应器（CSTR）在相同有机负荷（7.1±0.5 g VS/L/day）下的运行性能变化。获得主要结论如下:（1）FW/CM和S/I会显著影响FW和CM单发酵或混合发酵时四个厌氧发酵步骤的效率（水解,产酸,产乙酸和产甲烷速率）以及动力学参数。在FW/CM为2.5 g VS/g VS,S/I不高于0.56 g VS/g VS的条件下,厌氧中温混合发酵生物反应器能成功启动并稳定运行,证实了上述最佳条件可用于为FW和CM混合发酵系统并实现能量回收。（2）在半连续DMBR运行过程中,通过CM和FW混合发酵,可以实现稳定和高效的AD系统。在OLR为11.9 g COD/L/day时,甲烷产率和甲烷产量分别为250 m L/g COD和2.71 L CH4/L/day。同时,纤维素,半纤维素和木质素的去除率分别为78.3%,58.8%和47.5%,与FTIR光谱分析一致。辅酶F420含量和木质纤维素降解酶活性的提高,提高系统的水解速率和产甲烷速率。CM和FW混合发酵系统能够长期稳定运行,具有良好的抑制弹性,也有助于酶和微生物的工作,提高产甲烷性能。（3）启动FW和CM混合发酵系统时未驯化污泥的最优FW/CM为2.5 gVS/g VS,最适S/I不高于0.56g VS/g VS;启动DMBR后逐渐增加OLR,污泥经过长时间驯化后,最适FW/CM变为3.5 g VS/g VS,最适S/I不高于0.79 g VS/g VS,相比未驯化接种污泥所得FW/CM和S/I均得到优化。通过高通量测序分析,明确反应器污泥通过长时间驯化后可以提高DMBR中细菌,古菌和真菌的丰度和多样性,微生物菌群结构变化显著,微生物分泌的AD酶和纤维素降解酶增加,促进了系统的水解速率。同时,对铵具有高耐受性的氢营养型产甲烷菌（如Methanoculleus）丰度的增加,使得系统更稳定运行且具有更高的耐冲击负荷能力和产能效果。（4）在高负荷运行中,DMBR和CSTR都以相同的有机负荷运行（7.1±0.5 gVS/L/day）,同时表现出良好的运行性能,表明驯化污泥对不同反应器构型都有较强的适应性。DMBR表现出更优的运行性能,甲烷产率达到250±31 m L CH4/g COD高于CSTR的甲烷产率（218±23 m L CH4/g COD）,同时DMBR具有更长的SRT,分泌更高的AD酶和纤维素酶含量,保证反应器高效稳定运行。
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